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电气设备的选择

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电气设备的选择 电气设备选择 选择电气设备
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*1 河海大学电气工程学院 第四章 电气设备选择 *2 河海大学电气工程学院 4.1 电气设备选择一般条件 4.1.1 按正常工作条件选择 1)额定电压 在选择设备时一般按照导体和电器的额定电压Ue 不低于安装 地点电网额定电压Uew的条件选择,即 Ue ≥Uew 2)额定电流 在规定的周围环境温度下,导体和电器的额定电流Ie应不小 于流过设备的最大持续工作电流Igmax,即 Ie≥Igmax *3 河海大学电气工程学院 回路名称 最大持续续工作电电流的计计算原则则 发电机或调相机回路 变压器回路 同时考虑变压 器的正常的过负荷倍数 母线分段或母联断路器 回路 一般为该母线上最大一台发电机或变压器的持续工作电流 主母线按潮流分布计算 馈 线 带出线电抗器按电抗器的额定电流计算,因其过载能力很小 单回线路包括原有负荷,线路损耗及事故时转移过来的负荷三方面之和 双回线路取(1.2~2)倍一回路的正常的最大负荷 *4 河海大学电气工程学院 3)自然环境条件 选择导体和电器时,应按当地环境条件校核它们的基 本使用条件。 当温度和湿度、污秽等级、海拔高度、地震烈度、覆 冰厚度等环境条件超出一般电器的规定使用条件时, 应向制造部门提出补充要求或采取相应的防护措施。 确定是选户内型还是户外型;选用普通型还是防污型;选用装 配式还是成套式;选用适合有人值班的还是满足无人值班要求 等。 *5 河海大学电气工程学院 一般非高原型的电气设备使用环境海波高度不超过1000m。当海拔在 1000~3500m范围内,如制造厂家规定值每升高100m,则电气设备允许最 高工作电压要下降1%。对于110kV及以下电气设备,由于外绝缘裕度大, 可在海拔2000m以下使用。 按《交流高压电器的长期工作时的发热》的规定,断路器、隔离开关、电 抗器等电器设备在环境最高温度为+40时,允许按额定电流持续工作。当 安装地点环境的温度膏腴+40而低于+60时,每增高1,建议额定电流减少 1.8%;当低于+40时,每降低1,建议额定电流增加0.5%,但总的增加值 不得超过额定电流的20%。 *6 河海大学电气工程学院 4.1.2 按短路条件校验 1)热稳定校验 It2t≥ Qk 2)动稳定校验 imax≥ ish *7 河海大学电气工程学院 设备名称 选 择 项 目校 验 项 目 额定 电压 (kV) 额定 电流 (A) 装置 类型 (户内 /户外) 准确 度级 短路电流 开断 能力 (kA) 二次 容量 热稳 定 动稳定 高压断路器√√√√√√ 高压负荷开关√√√√√√ 高压隔离开关√√√√√ 高压熔断器√√√√ 电流互感器√√√√√√√ 电压互感器√√√√ 母线√√√√ 电缆√√√ 支柱绝缘子√√√ 穿墙套管√√√√√ *8 河海大学电气工程学院 4.2 电气设备的选择 (1)型式和种类;(2)额定电压;(3)额定电流;(4)开断电流; (5)动 稳定;(6)热稳定。 1)按种类和型式选择 电压6~600千伏的电网可选用真空断路器和六氟化硫断路器; 110~500千伏电网一般采用六氟化硫断路器。 采用封闭母线的大容量机组,当需要装设断路器时,应选用发电 机专用断路器。 4.2.1 断路器的选择与校验 *9 河海大学电气工程学院 2)按额定电压选择 高压断路器的额定电压Ue 应大于或等于所在电网的额定电 压Uew ,即 Ue ≥Uew 3)按额定电流选择 高压断路器的额定电流Ie 应大于或等于流过它的最大持续工 作电流Igmax ,即 Ie≥Igmax *10 河海大学电气工程学院 4)校核开断电流 高压断路器的额定电压Ue 应大于或等于所在电网的额定电 压Uew ,即 Ibr ≥I t=开断时刻 Ibr——断路器的额定开断电流; If t=开断时刻——开断时刻的短路全电流,一般用I”代替。 *11 河海大学电气工程学院 5)动稳定校验 高压断路器的额定峰值耐受电流idw 应不小于三相短路时通 过断路器的短路冲击电流幅值ishm,即 idw≥ishm 6)热稳定校验 高压断路器的额定短时耐受热量Ir2tr应不小于短路期内短 路电流热效应Qk ,即 Ir2tr ≥Qk *12 河海大学电气工程学院 4.2.2 隔离开关的选择与校验 (1)型式和种类;(2)额定电压;(3)额定电流;(4)动稳定;(5)热 稳定。 隔离开关的型式和种类的选择应根据配电装置的布置特点和使 用条件等因素,进行综合技术经济比较后确定。其它四项技术 条件与高压断路器相同。 *13 河海大学电气工程学院 试选择下图所示变压器10.5kV侧断路器QF和 高压隔离开关QS。已知图中K点短路时 I’’=I∞=4.8kA,继电保护动作时间tac=1s。拟采 用快速开断的高压断路器,其固有分闸的时间 ttr=0.1s。 *14 河海大学电气工程学院 l互感器属于测量电器,测量一次系统的电压和电流, 有电压互感器(TV)和电流互感器(TA)两种。 l使用互感器的理由: (1)将高电压、大电流变换为低电压、小电流进 行测量。要点:变换必须是可逆的。 (2)电气隔离一、二次系统,有利安全。 (3)测量范围标准化。PT二次以100V为典型值, CT二次以5A为典型值。 l为安全计,互感器二次绕组必须接地! 互感器 *15 河海大学电气工程学院 4.2.3 电流互感器 电流互感器用于测量一次系统电流,二次额定电流 一般为5A,也有1A的额定电流。 母线式CT 绕组式CT *16 河海大学电气工程学院 一次接线端子 二 次 接 线 端 子 铁 心 一次绕组 二次绕组 LQJ-10绕组式电流互感器 *17 河海大学电气工程学院 BH-0.66系列母线式电流互感器 二次接线端子 二次绕组 及铁心 一次母线穿孔 LMZJ-0.4系列母线式电流互感器 *18 河海大学电气工程学院 (1)一次绕组串联接入一次系统,匝数少、阻抗小( 比之于一次系统线路阻抗和负载阻抗),接入以后对一 次电流的扰动可忽略(即一次系统电流保持原有值不变 )。 (2)二次绕组匝数多、阻抗很大。二次负载阻抗很小 ,串联接入二次绕组。 (3)一、二次电流之比近似为绕组匝数比,此即测量 依据。即 I1=KiI2 因此,电流互感器相当于一台接近于短路运行的 变流器。 电流互感器二次绕组严禁开路! *19 河海大学电气工程学院 l测量误差 1)误差的一般介绍。 测量误差=测量值-真实值(准确值) 误差计算的逻辑悖论与解决办法(举例) 2)电流互感器的测量误差定义。 被测量对象:一次系统电流。 真实值:I1。 测量值:KiI2。 相对误差定义: 式中: *20 河海大学电气工程学院 3)误差来源分析 两个误差来源:(1)一 次电流大小;(2)二次负载大 小。 误差来源机理:二次绕 组非理想的受控电流源,它有 内阻抗分流,且分流阻抗非线 性。实际上,分流内阻抗是励 磁电流、漏磁通、铁损铜损等 因素的综合体现,其非线性性 是铁心非线性性的体现。 CT传变特性 CT等效电路 *21 河海大学电气工程学院 l 电流互感器的准确度等级 根据误差的大小,将电流互感器按精确度要求分 成若干等级,分别为: 0.2级:精密测量 0.5级:计量 1级:变配电所测量仪表 3级:指示仪表等供电 B级:继电保护用 除B级外,其他准确度等级数字与一次绕组通过额定 电流时的允许测量误差相等。 B级CT在任何情况下的允许测量误差不得超过10%。 *22 河海大学电气工程学院 lB级电流互感器的10%误差曲线 这是因果倒置定义的一个互感器特性。 短路电流远大于负荷电流,因此保护用CT测量误差与一次电 流和二次阻抗都关系很大。 规定保护用CT的最大允许误差为10%,以此为依据倒推对两 个误差来源(即一次电流大小与二次阻抗大小)的最大允许值。 两个误差来源对测量误差的影响是相互关联的,因此定义B 级CT的10%误差曲线如下: 电流互感器测量误差正好等于10%时,其一次电流与二次负 载取值组合所形成的曲线,叫做保护用电流互感器的10%误差曲线 。 *23 河海大学电气工程学院 解释实验做法。 10%误差曲线的测量与结果见上图。 一次电流倍数n定义为: *24 河海大学电气工程学院 l 电流互感器的接线方式 单台 测量一相电流 两台V型接线 测量三相电流 三台Y型接线 测量三相电流 *25 河海大学电气工程学院 l 电流互感器二次绕组开路的后果 (1)铁心剧烈发热 ,烧毁互感器; (2)二次绕组开口 处产生很高的脉冲电 压,危及安全。 *26 河海大学电气工程学院 . 电流互感器的选择 1)按设备种类和型式选择 对于6~20千伏屋内配电装置,可采用瓷绝缘结构或树脂浇 注绝缘结构的电流互感器。 对于35千伏及以上配电装置,宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的 独立式电流互感器。 有条件时,应尽量采用套管式电流互感器。 *27 河海大学电气工程学院 2)按额定电压、电流选择 为了测量仪表的最佳工作状态,并且在过负荷时使仪表有适当的指示 ,当TC用于测量时,其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工 作电流大1/3。 3)按准确度级和额定容量选择 为了保证测量仪表的准确度,电流互感器的准确级不得低于所供测量 仪表的准确级。 *28 河海大学电气工程学院 装于重要回路(如发电机、调相机、变压 器、厂用馈线、出现中) 不应低于0.5级 对于测量精度要求较高的大容量发电机、 变压器系统干线和500kV级 宜用0.2级 对供运行监控、估算电能的电能表和控制 盘上仪表的电流互感器 0.5~1级 供只需测量计电参数仪表的电流互感器可用3级 当所供仪表要求不同的准确级时,应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级 *29 河海大学电气工程学院 4)热稳定和动稳定校验 •热稳定校验 • 内部动稳定校验 • 外部动稳定校验 *30 河海大学电气工程学院 5)电流互感器的配置 •凡装有断路器的回路均应装设电流互感器,其数量应满足测量仪表 、保护和自动装置的要求。 • 在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器,如发电机和变压器 的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的 跨条上等。 • 对直接接地系统,一般按三相配置。对非直接接地系统,依具体技 术要求按两相或三相配置,为了监视三相电流的平衡和差动保护的 需要,该处的电流互感器必须采用三相配置。 *31 河海大学电气工程学院 4.2.4 电压互感器 (1)一次绕组并联 在一次系统上,绕 组匝数多、阻抗很 大(比之于并联在 系统上的负载阻抗 ),并入后对一次 系统电压的扰动可 略而不计。 *32 河海大学电气工程学院 一次接线端子 二次接线端子 铁 心 一 二 次 绕 组 JDZ(J)-10电压互感器 实物图片 *33 河海大学电气工程学院 (2)二次绕组匝数少、阻抗很小。二次负载阻抗很大,并联接 入二次绕组。 (3)一、二次电压之比近似为绕组匝数比,此即测量依据。即 U1=KuU2 因此,电压互感器相当于一台接近于开路运行的变压器。 为切断电压互感器二次绕组短路故障,其二次回路一般需要设 置熔断器作为短路保护。 l 测量误差 *34 河海大学电气工程学院 l 电压互感器的准确度等级 测量和保护用电压互感器准确度等级定义与电流互感器相同。 没有B级电压互感器,因为过电压保护不需要通过PT测量电压实 现。 l 电压互感器的接线方式 单台 两台V型接线 三台Y型接线 *35 河海大学电气工程学院 l 接地绝缘监测专用Yn,yn,d开口电压互感器 一般用三台这样的单相互感器构 成三相测量系统,也有专门的三相接 地绝缘监测互感器。 该互感器除了做通常的电压测量 以外,其辅助绕组接成的开口三角形 ,其开口电压可灵敏反映小接地系统 单相接地故障。 绝缘——小接地 系统相对地绝缘 *36 河海大学电气工程学院 2)测量原理。W相接地时 , 辅助绕组电压为 开口电压为 分析依据1 KVL 分析依据2 辅助绕组电压大小 唯一取决于一次绕组 *37 河海大学电气工程学院 于是,开口电压大小为: *38 河海大学电气工程学院 正常时,开口电压为0,分析见相量图。 *39 河海大学电气工程学院 3)小接地系统单相接地保护的再认识。 (1)Yn,yn,d开口电压互感器一般接在变配电所母线上,系统任意 一处接地时均有反映,且可知道那一相发生了接地,但不能辨别是 哪一个回路发生了接地。 (2)零序电流互感器接在每一个回路上,可以发现本回路所发生 的接地,但不能判别是哪一相发生了接地,对其他回路的接地无反 应。 因此,将电压互感器对地绝缘监测叫做无选择性的单相接地 保护,将零序电流保护叫做选择性单相接地保护。 *40 河海大学电气工程学院 • 电压互感器的选择 1)种类和型式的选择 在6~35kV屋内配电装置中,一般采用油浸式或浇注式电压互感器;10~ 220kV配电装置,特别是母线上装设的电压互感器,通常采用串级式电磁 式电压互感器;当容量和准确级满足要求时,通常多在出线上采用电容式 电压互感器。 在500kV配电装置中,配置有双套主保护,并考虑到后备保护与自动装置 和测量的要求,电压互感器应具有三个二次绕组,即两个主二次绕组和一 个辅助二次绕组。 三相式电压互感器投资省,但仅在20kV以下才有三相式产品。三相五柱式 电压互感器广泛用于3~15kV系统。 *41 河海大学电气工程学院 , 三只单相三绕组PT , 三只单相三绕组PT , 一只三相五柱式PT *42 河海大学电气工程学院 2) 按额定电压选择 为保证测量的准确性,电压互感器一次额定电压应在所安装电网额定电压的 90%~110%之间。 电压互感器二次绕组额定电压应满足测量、继电保护和自动装置的要求。通 常,一次绕组接于电网线电压时,二次绕组额定电压选为100V;一次绕组接 于电网相电压时,二次绕组额定电压选为 V。当电网为中性点直接接 地系统时,互感器辅助副绕组额定电压选为 V;当电网为中性点非直接 接地系统时,互感器辅助副绕组额定电压为100/3V。 3)按容量和准确度级选择 *43 河海大学电气工程学院 4)互感器的配置原则 • 电压互感器的数量和配置与主接线方式有关,并满足监视、测量、保护 、同期和自动装置的要求。 •电压互感器的配置应能保证在主接线的运行方式改变时,保护装置不得 失压,同期点的两侧都能提取到电压。 • 6~220kV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。旁路母线 上是否需要装设电压互感器,应视各回出线外侧装设电压互感器的情款 和需要确定。 • 当需要监视和检测线路侧有无电压时,出线侧的 一相上应装设电压互感 器。如果电流互感器绝缘套管末屏能 抽取电压,则可省去。 • 发电机出口一般装设两组电压互感器,供测量、保护和自动电压调整装 置需要。当发电机配有双套自动电压调整装置,且采用零序电压式匝间 保护时,可在增设一组电压互感器。 *44 河海大学电气工程学院 熔断器的文字符号为FU,广泛应用于过负荷和短路保 护。与隔离开关相比它的结构极为简单,而且自身同时 具有继电器和断路器的功能。但是,它无法同时切断三 相,而且每次断开以后需要更换新的熔断器,在保护方 式上也难以和其他保护电器协调。选择时应根据负荷的 大小,重要程度,短路电流大小,使用环境及安装条件 等综合考虑决定,并且一定要认真考虑它与其它保护电 器的协调能力。 4.2.5 熔断器的选择 *45 河海大学电气工程学院 1)额定电压选择 对于一般的熔断器,其额定电压必须大于或等于 电网的额定电压。 对于充填石英砂,具有限流作用的熔断器,则只 能用在等于其额定电压的电网中,因为这种类型的熔断 器能在电流达最大值之前就将电流截断,致使熔断器熔 断时产生过电压。 *46 河海大学电气工程学院 2)熔断器熔体额定电流选择 熔断器(熔管)额定电流应大于或等于所装熔体额 定电流,即 不同的场合应 用不同. *47 河海大学电气工程学院 (1)保护电力线路熔断器熔体的额定电流 正常工作时熔断器的熔体不应熔断,因此,要求熔 体额定电流大于或等于通过熔体的最大工作电流,即 在回路中有电动机启动时,熔断器的熔体在尖峰电流 Ipk的作用下不应熔断 K计算系数。当电动机启动 时间8s或者 电动机为频繁启动、反 接制动时,取=0.5~0.6 *48 河海大学电气工程学院 (2)保护变压器时,熔体额定电流的选择 熔体额定电流应躲过变压器允许的正常过负荷电流; 也应躲过变压器载合间时的励磁涌流;还应躲过由变压 器低压侧电动机的起动所引起的尖峰电流 *49 河海大学电气工程学院 (3)保护电压互感器时,熔体额定电流的选择 电压互感器二次侧的负荷很小,近似空载,因此保 护电压互感器的熔断器熔体额定电流一般选0.5A *50 河海大学电气工程学院 (4)保护并联电容器时,熔体额定电流的选择 式中K系数,对高压限流式熔断器,保护一台电容器时取1.5~2,保 护一组电容器时取1.3~1.8;对高压跌落式熔断器,取1.2~1.3。 *51 河海大学电气工程学院 (5)熔断器之间保护选择性配合 低压网络中用熔断器作为保护时,为了保证熔断器 保护动作的选择性,一般要求上级熔断器的熔体额定电 流比下级熔断器的熔体额定电流大两级以上。 *52 河海大学电气工程学院 (6)熔断器熔体额定电流与导线或电缆之间的 配合 为了保证线路在过载或短路时,熔断器熔体未熔断 前,导线或电缆不至于过热而损坏,一般要求满足 若熔断器仅作为短路保护,且导线是明敷设,取KOL=1.5 ;若导线为穿管敷设或为电缆时,取KOL=2.5;若熔断器既 作为短路保护又作为过负荷保护时,取KOL=0.8~1 *53 河海大学电气工程学院 3.熔断器极限熔断电流或极限熔断容量的校验 (1)对有限流作用的熔断器,由于它们会在短路电流到达冲击值 之前熔断,因此可按下式校验断流能力: *54 河海大学电气工程学院 (2)对无限流作用的熔断器由于它们会在短路电流 到达冲击值之后时熔断,因此可按下式校验断流能力 *55 河海大学电气工程学院 (3)对有断流容量上、下限值的熔断器,其断流容量 的上限值按式 断流容量的上限值按 断流容量的下限值按 *56 河海大学电气工程学院 4.熔断器保护灵敏度的校验 为了保证熔断器在其保护范围内发生短路故障时 能可靠地熔断,因此要求满足 *57 河海大学电气工程学院 某电动机参数如下,UN=380V,PN=17kW,Ica=35.8A,属于轻 载启动,启动电流为167A,启动时间tst≤3S。采用BLV型导线(穿管) 敷设,导线截面10mm2,导线允许载流量为45A。该电动机拟采用 RT0型熔断器作为短路保护,该线路的最大短路电流为15kA。试选 择熔断器及熔体的额定电流,并进行校验。 解:选择熔体及熔断器的额定电流 =35.8A =0.3×167=56.1A 由上两式的计算结果可选取 =60A 可选取RT0型熔断器熔体额定电流为60A,熔断器额定电流为 100A *58 河海大学电气工程学院 校验 lRT0型熔断器最大的断流能力为50kA,而该线路的最大短路电流 为15kA,故其断流能力满足要求。 l导线与熔断器的配合校验: l根据 ,选取 =2.5、 =45A、 l =60A代入得 l 2.5×45=112.5A≥60A满足要求。 *59 河海大学电气工程学院 1) 额定电压和额定电流的选择 电抗器的额定电压与额定电流不能小于安装处的电压和电流 。 2)电抗百分比的选择 l 如果需要将短路电流限制到 ,则电源到短路点的总电抗 标么值为 则所需接入电抗器的电抗基准标么值为 4.2.6 电抗器的选择 *60 河海大学电气工程学院 3)母线残压的校验 电抗器后发生短路时,母线电压一般不应低于电网额定电压的 60%~70%,以保证其它配电线路的正常运行 。 *61 河海大学电气工程学院 4)正常运行时电压损失的校验 正常运行时电抗器的电压损失不应大于母线额定电压的5%, 这时要求 5)动稳定性和热稳定性的校验
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